DE102005018042B4

DE102005018042B4 - Kegelrollenlagereinheit und Verfahren für ihren Zusammenbau

Info

Publication number: DE102005018042B4
Application number: DE102005018042A
Authority: DE
Inventors: Angelo Vignotto; Claudio Airasca Savarese
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: ITTO20040242A1; DE102005018042A1

Abstract

Kegelrollenlagereinheit für die Radnabe eines Kraftfahrzeugs, enthaltend:
– einen radial außenliegenden Rollring (14),
– ein Paar von in axialer Richtung in einer Mittelebene (4) aneinanderliegenden, radial innenliegenden Roll-Halbringen (10a, 10b), wobei jeder Halbring eine in radialer Richtung außenliegende Oberfläche aufweist, in der ausgebildet sind,
– eine kegelige Rollbahn (15a, 15b) mit einem Mindestdurchmesser (D 15) an einem axial innenliegenden Ende,
– einen Rand (21a, 21b), der an einem in axialer Richtung inneren Ende des Halbrings radial nach außen vorspringt und einen Durchmesser (D 21) aufweist, der kleiner ist als der kleinste Durchmesser (D 15) der Bahnen (15a, 15b) oder diesem Durchmesser gleicht, und
– eine Kehle (20a, 20b), die den vorspringenden Rand (21a, 21b) mit der kegeligen Bahn (15a, 15b) verbindet,
– zwei Serien von Kegelrollen (12a, 12b), die in radialer Richtung zwischen den inneren Halbringen (10a, 10b) und dem Außenring 814) eingefügt sind,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kegelrollenlagereinheit für die Radnabe eines Motorfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für den Zusammenbau einer Kegelrollenlagereinheit.
Zum besseren Verständnis des Standes der Technik und der mit ihr zusammenhängenden Probleme werden zunächst Kegelrollenlagereinheiten herkömmlicher Art beschrieben, die in den 6 bis 9 der beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Herkömmlicherweise ist, wie in 6 dargestellt, die einen teilweisen axialen Schnitt durch eine Kegelrollenlagereinheit bekannter Art zeigt, auf jedem der beiden radial innenliegenden Halbringe 10 eine Stufe 11 in der Nähe des Endes ausgebildet, das sich im Mittelteil des Lagers befindet. Diese Stufe soll verhindern, dass während der Umsetzungsphasen, die dem Zusammenbau der Untergruppen vorausgehen, die aus den Rollenkränzen 12 mit den entsprechenden Käfigen 13 auf den jeweiligen inneren Halbringen bestehen, vor dem Einfügen dieser Untergruppen in den äußeren Rollring 14 die Rollen unbeabsichtigt aus den Rollbahnen in der von den Pfeilen A und A' bezeichneten Richtung austreten können.
Die Herstellung der oben erwähnten Stufe hat einen ersten Nachteil zur Folge angesichts der Tatsache, dass ihre radial über die Rollbahn der Rollen vorspringende Form die Herstellung einer Bearbeitungszugabe der beträchtlichen Dicke auf dem geschmiedeten Ring-Rohling erfordert, dessen Umrisse in 2 gestrichelt gekennzeichnet sind. Die beträchtliche Menge der abzutragenden Bearbeitungszugabe hat einen erheblichen Zeitaufwand für die Arbeitsvorgänge des Drehens und Schleifens (im Verhältnis zu der Dicke der abzutragenden Bearbeitungszugabe) zur Folge. Dieser Stand der Technik ist daher vom produktiven Standpunkt aus nachteilig.
Die vorerwähnte Stufe bringt einen zweiten Nachteil aufgrund des Umstands mit sich, dass, sobald einmal der innere Halbring fertiggestellt ist, die aus den in ihrem Käfig vormontierten Rollen bestehende Untergruppe in den Halbring unter Überwindung der Stufe eingefügt werden muß; diese Untergruppe wird eingebaut, indem die Rollen und der Käfig in die den Pfeilrichtungen A und A' entgegengesetzten Richtungen geschoben werden.
Weiterhin bezugnehmend auf 6 muß die zylindrische innere Oberfläche der Halbringe überdies so bearbeitet werden, dass Einhakrillen 16 für einen provisorischen Haltering 17 entstehen, normalerweise ein offener Ring aus Federstahl. Dieser Ring, indem er die beiden inneren Halbringe in axialer Richtung aneinander festlegt, verhindert, dass ein jeder von ihnen aus dem Außenring 14 unabsichtlich herausgleiten kann, wodurch dem Austreten der Rollen zuvorgekommen wird. Diese Lösung ist zwar wirksam, verursacht jedoch hohe Kosten für die Herstellung des Rings 17 aus Federstahl. Es ist überdies recht kompliziert, den Ring 17 in die Rillen 16 auf den inneren Oberflächen der Halbringe 10 einzusetzen.
Eine weitere bekannte Lösung (8) sieht vor, dass ein offener Haltering aus Federstahl in Einhakrillen 16 eingebracht wird, die sich auf den äußeren zylindrischen Oberflächen der Halbringe befinden.
Die Notwendigkeit, die unabsichtliche Trennung der inneren Halbringe zu verhindern, wird in besonderer Weise in den Fällen wahrgenommen, wo eine zusammengebaute Gruppe aus Lagereinheit, Bremsrotor und/oder Hebel der Aufhängung gehandhabt und an den Kraftfahrzeughersteller versandt wird. Mögliche Stöße, die diese Untergruppe erlitten hat, bevor die Lagereinheit mit der homokinetischen Verbindung, insbesondere der Gelenkwelle, des Fahrzeugs verbunden wird, können den Verlust einiger Bauteile der Lagereinheit verursachen.
Die US-6 491 441-B2 (9) beschreibt eine Kegelrollenlagereinheit, die innere Halbringe mit einer mittigen Stufe 21a, 21b aufweist, deren Durchmesser geringer ist als der kleinste Durchmesser der Rollbahnen der inneren Halbringe. Diese Lösung beseitigt zwar das eingangs angesprochene Problem der Bearbeitungszugabe, ermöglicht es jedoch nicht, die beiden Halbringe in wirksamer Weise gegenseitig festzulegen, insbesondere während des Transports einer (schweren und sperrigen) Untergruppe mit Lager- und Aufhängungseinheit, die folglich in stärkerem Maße Stößen von erheblicher Intensität ausgesetzt ist.
Aus der US 4 647 231 ist eine Kegerollenlagereinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dort ist zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern der Befestigungsringvorsprünge und der entsprechenden Vertiefungen im Inneren Halbring ein axiales Spiel gezeigt. Dies gilt auch für die EP 0 241 879 A1 , wo beide inneren Halbringe aneinander liegen, obwohl die gegenüberliegenden Ränder der Befestigungsringvorsprünge und der Vertiefungen der inneren Halbringe ein axiales Spiel erkennbar ist. In der DE 42 22 852 A1 ist kein solches Spiel gezeigt, aber die entsprechenden axialen Eingriffsränder der Befestigungsringvorsprünge und der zugeordneten Vertiefungen der Halbringe erstrecken sich normal zur Drehachse. In der DE 35 37 985 A1 ist zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern der Befestigungsringvorsprünge und der Halbringvertiefungen ein axiales Spiel gezeigt.
Aus der DE 94 06 691 U1 , US 1 908 474 und DE 37 24 893 A1 ist es bekannt, die Flanken von einen Haltering aufnehmenden Kehlen divergierend schräg auszubilden, um Lagerringe möglichst spielfrei aneinander zu pressen.
Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist der einfache und wirtschaftliche Zusammenbau der oben erwähnten Lagereinheit. Besondere Erfindungsziele bestehen darin, die Halbringe bis zum Zeitpunkt des Einbaus der Lagereinheit in das Fahrzeug beständig zusammenzuhalten und die Rollen zwischen den Innenringen und dem Außenring besonders während des Zusammenbaus der Lagereinheit beständig festzuhalten.
Diese und weitere Ziele und Vorteile, die nachfolgend noch verständlicher werden, werden erfindungsgemäß durch eine Lagereinheit mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen erreicht. Unter einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren des Zusammenbaus vorgeschlagen, das durch die in Anspruch 6 genannten Merkmale gekennzeichnet ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen erfasst.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anhand der beigefügten Zeichnungen gegebenen ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 einen axialen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kegelrollenlagereinheit;
2–5 die 2 bis 5 schematisch einige Schritte eines Verfahren für den Zusammenbau der Lagereinheit der 1 und
6–9 teilweise axiale Schnitte durch Kegelrollenlagereinheiten nach dem Stand der Technik.
Bezugnehmend auf 1 enthält eine Kegelrollenlagereinheit einen äußeren Rollring 14, ein Paar von radial innenliegenden, in axialer Richtung nebeneinanderliegenden Ringen (oder Halbringen) 10a und 10b, zwei Serien von Kegelrollen 12a, 12b, die zwischen dem Außenring 14 und den Innenringen 10a bzw. 10b eingefügt sind, und ein Paar von Haltekäfigen 13a, 13b für die jeweiligen Serien von Rollen 12a, 12b.
So wie sie hier verwendet werden, müssten die Ausdrücke „axial innenliegend" und „axial außenliegend" in Bezug auf die Mittelebene Y der Lagereinheit verstanden werden. In ähnlicher Weise müssten die Ausdrücke „radial innenliegend" und „radial außenliegend" in Bezug auf die Drehachse X des Lagers verstanden werden.
Die radial außenliegende Oberfläche jeder der Halbringe 10a, 10b ist so gestaltet, dass sie jeweils eine Kehle 20a, 20b in der Nähe der in axialer Richtung inneren Enden der Halbringe aufweist. Die Kehlen 20a, 20b verbinden die kegeligen Rolloberflächen 15a, 15b mit Rändern 21a, 21b, die radial nach außen vorspringen und an den axial innenliegenden Enden der Halbringe gelegen sind.
Die Kehlen 20a, 20b dienen als Einhängsitze für einen provisorischen Haltering 17 in Form eines geschlossenen Rings aus Kunststoff. Der Halbering 17 trägt an jedem seiner axialen Enden jeweils radial nach innen vorspringende Bereiche, die vorzugsweise als Zähne 17a, 17b ausgebildet sind. Diese Zähne haben einen um weniges geringeren Durchmesser als die Ränder 21a, 21b und rasten in die Kehlen 20a, 20b ein. Der Ring 17 legt auf diese Weise die beiden Halbringe in axialer Richtung gegeneinander fest und verhindert, dass jeder von ihnen unbeabsichtigterweise aus dem Außenring 14 herausgleiten kann, und kommt somit dem Austreten der Rollen zuvor.
Man wird feststellen, dass die axialen Enden 18a, 18b des Rings 17 einen Durchmesser D 18 aufweisen, der größer ist als der geringste Durchmesser D 15 der kegeligen Rollbahnen 15. Die Enden 18a, 18b bilden Sperrschultern oder Sperroberflächen, um während der Phasen des Zusammenbaus und Transports der Lagereinheit bis zur Anbringung der Lagereinheit an einer homokinetischen Verbindung, insbesondere Gelenkwelle, die Rollen in axialer Richtung in ihrer Lage zwischen den Lagerringen festzuhalten. In dieser (nicht dargestellten) Endphase der Montage wird die endgültige Lage der Bauteile der Lagereinheit durch das Anziehen einer Verbindungsschraube an der homokinetischen Verbindung, insbesondere Gelenkwelle, oder durch sonstige bekannte Verbindungseinrichtungen festgelegt, so dass der Haltering 17 in die Lagereinheit eingebaut bleibt, ohne jedoch irgend eine Wirkung auszuüben.
Man wird auch bemerken, dass die herkömmliche Stufe 11 in 6 beseitigt ist und die Ränder 21a, 21b einen geringeren Durchmesser D 21 aufweisen als der kleinste Durchmesser D 15 der kegeligen Bahnen, was die Anbringung der Rollen mit den dazugehörigen Käfigen auf den Halbringen 10a, 10b erleichtert.
Da der Haltering 17 aus Kunststoff, vorzugsweise Elastomermaterial, besteht, wird eine mögliche Berührung zwischen seinen Enden 18a, 18b und den Rollen keine Probleme während des Betriebs verursachen. In diesem Fall wird der Kunststoff durch gleitende Berührung rasch verschlissen und wird die Gesamtreibung im Lager nicht erhöhen, im Unterschied zu dem, was bei einem herkömmlichen Haltering aus Federstahl eintreten könnte.
Vorzugsweise sind die Zähne 17a längs des Umfangs gegenüber den Zähnen 17b versetzt, um die Entnahme des Rings 17 aus der Form, in der er hergestellt wird, zu erleichtern.
Die Hauptphasen des Verfahrens für den Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Lagereinheit sind in den 2 bis 5 dargestellt. Wie in 2 gezeigt, wird einer der beiden Halbringe, beispielsweise der Halbring 10a, so angeordnet, dass die Achse X senkrecht ausgerichtet ist, und zwar mit dem in axialer Richtung innenliegenden Ende nach oben. Dann werden die Rollen 12a von oben auf dem Halbring 10a angebracht. Wie weiter oben erwähnt, erleichtert der geringere Durchmesser des Randes 21a diesen Arbeitsvorgang. Der Käfig 13a hält die Rollen 12a in Lage auf der Rollbahn 15a. Dann (3) wird von oben der Außenring 14 um die Rollen 12a gelegt. Anschließend (4) werden die Rollen 12b mit dem Käfig 13b auf dem zweiten Halbring 10b angeordnet, wobei die Achse X senkrecht ausgerichtet wird und das in axialer Richtung innenliegende Ende nach oben gekehrt ist. Daraufhin wird der Haltering 17 auf den Halbring 10b aufgebracht. Durch eine leichte axiale Kraftausübung überwinden die Zähne 17b die Ränder 21b und rasten in die Kehle 20b ein. Nunmehr kann man den Halbring 10b stürzen, weil der Ring 17 die Rollen 12b von unten festhält (5), und ihn von oben (Pfeil A) in den Außenring 14 einführen, bis die Zähne 17a in die Kehle 20b des unteren Halbrings 10a einrasten. Man erhält schließlich den in 1 dargestellten zusammengebauten Zustand.
Erkennbar kann der Haltering 17 kostengünstig hergestellt werden, ermöglicht die in der Beschreibungseinleitung besprochenen Probleme zu lösen, erlaubt einen vereinfachten Zusammenbau der Lagereinheit, hält die inneren Halbringe zusammen und trägt dazu bei, während des Zusammenbaus der Lagereinheit die Rollen in der richtigen Lage auf den Halbringen festzuhalten.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und darge-stellten Ausführungsformen beschränkt ist, die als Ausführungs beispiele des Lagers zu betrachten sind; die Erfindung kann stattdessen Änderungen hinsichtlich Form und Anordnung von Teilen, Einzelheiten von Konstruktion und Funktionsweise erfahren. Beispielsweise könnten die Zähne 17a, 17b des Halterings als elastische, biegsamere Flügel ausgebildet sein, die gleichfalls für das Einrasten in die Kehlen 20a, 20b der inneren Halbringe geeignet sind.
Die Lagereinheit enthält einen Haltering aus Kunststoff, der an jedem seiner axialen Enden jeweils radial nach innen vorspringende Bereiche aufweist, die einen geringeren Durchmesser als den Durchmesser der Ränder der inneren Halbringe beschreiben. Die vorspringenden Bereiche greifen in die Kehlen ein, um die beiden Halbringe in axialer Richtung zusammenzuhalten. Der Haltering hat in axialer Richtung entgegengesetzte Enden mit einem Außendurchmesser, der größer ist als der kleinste Durchmesser der Bahnen, so dass Schultern entstehen, um die Rollen während der Phasen des Zusammenbaus der Lagereinheit auf der axial innenliegenden Seite in axialer Richtung festzuhalten.

Claims

Kegelrollenlagereinheit für die Radnabe eines Kraftfahrzeugs, enthaltend: – einen radial außenliegenden Rollring (14), – ein Paar von in axialer Richtung in einer Mittelebene (4) aneinanderliegenden, radial innenliegenden Roll-Halbringen (10a, 10b), wobei jeder Halbring eine in radialer Richtung außenliegende Oberfläche aufweist, in der ausgebildet sind, – eine kegelige Rollbahn (15a, 15b) mit einem Mindestdurchmesser (D 15) an einem axial innenliegenden Ende, – einen Rand (21a, 21b), der an einem in axialer Richtung inneren Ende des Halbrings radial nach außen vorspringt und einen Durchmesser (D 21) aufweist, der kleiner ist als der kleinste Durchmesser (D 15) der Bahnen (15a, 15b) oder diesem Durchmesser gleicht, und – eine Kehle (20a, 20b), die den vorspringenden Rand (21a, 21b) mit der kegeligen Bahn (15a, 15b) verbindet, – zwei Serien von Kegelrollen (12a, 12b), die in radialer Richtung zwischen den inneren Halbringen (10a, 10b) und dem Außenring 814) eingefügt sind, – zwei Käfige (13a, 13b), um die Kegelrollen (12a, 12b) in ihrem Inneren festzuhalten, wobei die Lagereinheit außerdem einen Haltering (17) aus Kunststoff enthält, der an jedem seiner axialen Enden jeweils radial nach innen vorspringende Bereiche (17a, 17b) ausbildet, die einen geringeren Durchmesser beschreiben als der Durchmesser (D 21) der Ränder (21a, 21b), wo die vorspringenden Bereiche (17a, 17b) in die Kehlen (20a, 20b) eingreifen, um die beiden Halbringe in axialer Richtung zusammenzuhalten, wobei der Haltering (17) in axialer Richtung entgegengesetzte Enden (18a, 18b) mit einem Außendurchmesser (D 18) aufweist, der größer ist als der geringste Durchmesser (D 15) der Bahnen (15a, 15b), so dass die Enden Schultern bilden, um während der Phasen des Zusammenbaus der Lagereinheit die Rollen (12a, 12b) auf ihrer in axialer Richtung innenliegenden Seite in axialer Richtung zurückzuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die der Mittelebene (4) benachbarten, einander gegenüberliegenden Flanken der Kehlen (20a, 20b) und der vorspringenden Bereiche (17a, 17b) zur Drehachse (X) der Lagereinheit hin und von der Mittelebene (4) weg divergierend abgeschrägt sind, sodass die beiden Halbringe (10a, 10b) in axialer Richtung fest aneinander liegen, wobei die radial nach innen vorspringenden Bereiche (17a, 17b) die Form von Zähnen haben.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen vorspringenden Bereiche (17a, 17b) in die Kehlen (20a, 20b) einrasten.
Lagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (17a), die an einem der axialen Enden des Halterings (17) angeordnet sind, längs des Umfangs gegen die am anderen axialen Ende angeordneten Zähne (17b) versetzt sind.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (17) aus Elastomermaterial besteht.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (17) ein geschlossener Ring ist.
Verfahren für den Zusammenbau einer Kegelrollenlagereinheit, bestehend aus folgenden Phasen: a) Bereitstellen eines ersten, radial innenliegenden Halbrings (10a) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Mittelachse (X) und einer radial außenliegenden Oberfläche, in dem ausgebildet sind: eine kegelige Rollbahn (15a) mit einem Mindestdurchmesser (D 15) an einem schlankeren oder axial innenliegenden Ende; ein Rand (21a), der an einem axial innenliegenden Ende des Halbrings radial nach außen vorspringt und einen Durchmesser (D 21) aufweist, der geringer ist als der geringste Durchmesser (D 15) der Bahn (15a) oder diesem Durchmesser gleichkommt, und eine Kehle (20a), die den vorspringenden Rand (21a) mit der kegeligen Bahn (15a) verbindet; b) den ersten Halbring in die Lage bringen, dass die Achse (X) senkrecht ausgerichtet und das schlankere Ende nach oben gekehrt ist; c) Aufbringen einer Serie von Kegelrollen (12a), die von einem Käfig (13a) auf der kegeligen Bahn (15a) gehalten werden; d) Bereitstellen eines Außenrings (14), der zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegende Rollbahnen für zwei Serien von Kegelrollen ausbildet; e) den Außenring (14) von oben koaxial um die Kegelrollen (12a) und den ersten inneren Halbring (10a) anbringen; f) Bereitstellen eines radial innenliegenden zweiten Halbrings (10b) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Mittelachse (X) und einer radial außenliegenden Oberfläche, in dem ausgebildet sind – eine kegelige Rollbahn (15b) mit einem geringsten Durchmesser (D 15) an einem schlankeren oder axial innenliegenden Ende, – ein Rand (21b), der an einem axial innenliegenden Ende des Halbrings radial nach außen vorspringt und einen Durchmesser (D 21) aufweist, der geringer ist als der kleinste Durchmesser (D 15) der Bahn (15b) oder diesem Durchmesser gleicht, und – eine Kehle (20b), die den vorspringenden Rand (21b) mit der kegeligen Bahn (15b) verbindet; g) den zweiten Halbring in die Lage bringen, dass die Achse (X) senkrecht ausgerichtet ist und das engere Ende nach oben gekehrt ist, h) Aufbringen einer Serie von Kegelrollen (12b), die von einem Käfig (13b) auf der kegeligen Bahn (15b) gehalten werden, i) Bereitstellen eines Halterings (17) aus Kunststoff, der an jedem seiner axialen Enden jeweils radial nach innen vorspringende Bereiche (17a, 17b) ausbildet, die einen Durchmesser beschreiben, der geringer ist als der Durchmesser (C 21) der Ränder (21a, 21b), wobei der Haltering (17) in axialer Richtung entgegengesetzte Enden (18a, 18b) aufweist mit einem Außendurchmesser (D 18), der größer ist als der kleinste Durchmesser (D 15) der Bahnen (15a, 15b); j) Aufbringen des Halterings (17) auf den zweiten Halbring (10b), indem das Einrasten der Bereiche (17) in die Kehle (20b) des zweiten Halbrings bewirkt wird, die an einem der axialen Enden des Halterings (17) radial vorspringen; k) Stürzen der Untergruppe mit dem zweiten Halbring (10b), den Rollen (12b), dem Käfig (13b) und dem Haltering (17); l) Einfügen der genannten gestürzten Untergruppe von oben in den Außenring (14) bis zum Einrasten der am anderen axialen Ende des Halterings (17) radial vorspringenden Bereiche (17a) in die Kehle (20a) des ersten Halbrings (10a). dadurch gekennzeichnet, dass die der Mittelebene (4) benachbarten, einander gegenüberliegenden Flanken der Kehlen (20a, 20b) und der vorspringenden Bereiche (17a, 17b) zur Drehachse (X) der Lagereinheit hin und von der Mittelebene (4) weg divergierend abgeschrägt sind, sodass nach Schritt l) die beiden Halbringe (10a, 10b) in axialer Richtung fest aneinander gedrückt bleiben, wobei die radial nach innen vorspringenden Bereiche (17a, 17b) die Form von Zähnen haben.